[发明专利]有源钳位反激变换器的自适应同步整流控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种有源钳位反激变换器的自适应同步整流控制系统及控制方法；控制系统包括采样及信号处理电路、以微控制器为核心的控制电路和栅驱动器；控制方法能够实现有源钳位反激变换器副边同步整流管的开启状态、关断过早、关断过晚、恰好关断状态的直接检测，并能够根据检测结果控制同步整流管准确开启以及下一个周期内同步整流管的导通时间。经过数个周期的自适应控制后，同步整流管进入恰好关断状态，避免了有源钳位反激变换器输出波形的振荡、降低了损耗、提升了效率；根据不同状态检测时间段，分时复用微控制器内部的比较器，节省了硬件资源，降低了电路成本和调试难度。

技术领域

本发明涉及自适应同步整流控制系统及方法，尤其涉及有源钳位反激变换器的自适应同步整流控制系统及控制方法。

背景技术

在小功率变换器的应用场合中，反激变换器是普遍采用的拓扑之一。近年来，由于有源钳位反激变换器具备采用漏感能量以实现软开关、占空比大于0.5、工作频率和效率较高等优势，而逐渐成为小功率变换器提高功率密度、开关频率和效率的解决方案。

现有技术中，采用同步整流管代替有源钳位反激变换器副边回路中的二极管，可以降低副边二极管的导通损耗，更大的提高变换器的效率。但由于有源钳位反激变换器系统特性的不同，导致副边同步整流管流过的电流大不相同。并且，同步整流管关断状态的变化也会导致漏源两端电压V_ds产生较大的波动。当同步整流管关断“过早”，若有源钳位反激变换器的副边采用的是GaN同步整流管，这使得V_ds有一个很大的电压下冲波动；当同步整流管关断“过晚”，由于有源钳位反激变换器副边的寄生电容参与到原边谐振，这使得V_ds在关断后有很大的电压振荡，甚至有可能损坏整流管。现有技术中，缺少一种理想的同步整流控制方案来很好的解决此问题。因此，需要提出一种适合有源钳位反激变换器的同步整流管的控制方法。

在现有的同步整流控制方法中，主要有三种控制方案，分别是：1)通过检测同步整流管中流过电流的大小判断开关时刻；2)通过检测同步整流管漏源两端电压，并与开关阈值电压比较后确定开关时刻；3)通过微控制器(MCU)或外部硬件检测同步整流管关断后体二极管的导通时间长短判断同步整流管是否关早，并在下个周期中改变导通时间的大小，从而实现自适应同步整流控制。在这三种同步整流管控制方案中，检测电流的方法精度高，但采样电阻损耗大而逐渐被淘汰；检测电源电压无法避免同步整流管寄生体二极管的导通，且当同步整流管周围PCB走线寄生电感太大时，容易导致提前关断时间太长，从而导致体二极管的损耗很大；现有的采用数字控制的自适应同步整流控制方案，能够有效的减小同步整流管寄生体二极管的导通时间，但仍然使同步整流管的关断点在有无体二极管导通之间来回徘徊，并不能找到合适的关断点，因此同步整流管无法在准确点恰好关断，也无法提升有源钳位反激变换器的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：运用有源钳位反激变换器自身的工作特性，实现副边同步整流管的开启状态、关断过早、关断过晚，恰好关断状态的直接检测，提出一种有源钳位反激变换器自适应同步整流控制系统及控制方法，经过数个周期检测及调节过后，使同步整流管能在准确点恰好关断，减小有源钳位反激变换器工作波形中的振荡情况，提高变换器的工作效率。同时，对微控制器中的比较器采用分时复用策略，提高硬件资源的利用率，进一步减小系统体积，降低成本。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

有源钳位反激变换器的自适应同步整流控制系统，包括采样及信号处理电路、以微控制器为核心的控制电路和栅驱动器，所述采样及信号处理电路的输入端接源钳位反激变换器副边同步整流管的漏源两端电压，采样及信号处理电路的第一输出端和第二输出端均接至以微控制器为核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路的输出端接至栅驱动器的输入端，栅驱动器的输出端接至有源钳位反激变换器副边同步整流管的栅极。